Contrasting Cooling Rates in the Lower Oceanic Crust at Fast- and Slow-spreading Ridges Revealed by Geospeedometry

Two approaches to determining the high-temperature (1000°Cto 600°C) cooling rate of the lower oceanic crust and uppermantle are presented and critically evaluated. The first isbased on the down-temperature diffusive exchange of Ca betweenolivine and clinopyroxene. The second, less well-constrained,approach is based on the down-temperature diffusive exchangeof Mg and Fe between olivine and spinel. Cooling rates basedon olivine–spinel geospeedometry are approximately anorder of magnitude faster than those from Ca-in-olivine geospeedometry.In contrast, cooling rates derived from thermochronology andremanent magnetism are approximately an order of magnitude slowerthan those derived by Ca-in-olivine geospeedometry; this isprobably because they record cooling at lower temperatures.Using the Ca-in-olivine geospeedometer, the cooling rate ofsamples from the lower oceanic crust and upper oceanic mantleformed in the Oman ophiolite and in the three main ocean basinshas been determined. Samples from the lower oceanic crust formedat fast-spreading ridges show a large decrease in cooling ratebetween the top and base of the gabbroic section, with mostof the variation occurring within the upper kilometre. Thisis consistent with vertical heat loss (within the crustal frameof reference) dominating the thermal evolution at fast-spreadingridges. Samples from Ocean Drilling Program Hole 735B, whichformed at the slow-spreading Southwest Indian Ridge, show novariation in cooling rate over 1500 m depth range and cooledsubstantially faster than rocks from the deeper portion of thegabbros in the Oman ophiolite, where the change in cooling ratewith depth is limited. These observations are consistent withheat loss from small plutons emplaced in cool lithosphere atthe slow-spreading ridge. Alternatively, they could be explainedby cooling through the Ca-in-olivine closure interval duringuplift towards the surface. KEY WORDS: geospeedometry; lower oceanic crust; Hess Deep; Pito Deep; ODP Hole 735B; ODP Leg 153     

南海ODP1143站底栖有孔虫Cibicidoides与Uvigerina稳定氧碳同位素值的均衡试验

从南海南部ODP184航次1143站上部合成深度190.77m共1992个样品中, 由老到新挑选了64个样品, 测试了同一样品中底栖有孔虫Uvigerina peregerina与Cibicidoides wuellerstorfi的δ18O和δ13C值, 结果表明1143站U.peregerina与C.wuellerstorfi的δ18O差值的平均值约为(0.614±0.07)×10-3, 而δ13C差值的平均值约为(0.692±0.04)×10-3.1143站U.peregerina与C.wuellerstorfi的δ18O差值与大西洋和东太平洋的标准差值0.64×10-3比较接近, 而δ13C的差值却比大西洋和东太平洋的标准差值0.9×10-3轻0.2 08×10-3, 可能是由于南沙珊瑚礁区较低的生产力缩小了沉积物与海水之间的δ13C的差异而引起的.该均衡试验为南海甚至西太平洋的古海洋学研究提供了上述2种底栖有孔虫氧碳同位素值转换的标准.      

南海陆坡中新世以来沉积物特性与气体水合物分布初探

通过对南海陆坡地区中新世以来沉积物的一些属性和特征的研究,获得了下面的初步认识：（1）南海陆坡有几个沉积速率较高的地区, 如东沙一带、西沙海槽、中建南地区,以及南沙西南部和西北部（曾母、万安盆地）;（2）大洋钻探钻井资料的研究表明,中新世与早上新世为高碳酸盐比值的低速堆积期,而近200万a以来为低碳酸盐比值的高速堆积期,上新世晚期至全新世沉积物以粘土质粉砂和粉砂质粘土为最主要成分;（3）南海不同时期的沉积速率不同,全新世为沉积速率最高的时期,其次为更新世;上新世和中新世为沉积速率较低的时期。南海利于气体水合物存藏的沉积可能为全新世和更新世的沉积;（4）对南海晚第四纪以来沉积物的综合研究表明南海陆坡的A区（东沙附近）、B区（西沙海槽）、D区（南海西部、越南以东）等地区可能利于气体水合物的形成和分布;而E区（南沙西南部）、F区（南沙中上部）和G区(南沙海槽)则是气体水合物调查值得关注的地区。     

南海南部中上新世以来沉积有机碳与古生产力变化

对南海南部ODP1143站上部150m的1005个沉积物样品进行了有机碳分析,求取中上新世3．5Ma以来表层生产力长期的演化趋势和短期的变化规律。有机碳含量、有机碳堆积速率和输出生产力在2．85～1．58Ma和0．9～0Ma两个时期呈现相对高值,反映具较高的古生产力,推测分别与上新世晚期北极冰盖形成和“中更新世革命”之后北极冰盖扩大事件密切相关。与有孔虫δ^18O记录对比,有机碳含量、有机碳堆积速率和输出生产力都显示在冰期增加,间冰期降低,反映了冰期具较高的表层生产力。冰期时较高的沉积物堆积速率和C／N比值反映低海平面时期陆源营养物质供应增加,是造成冰期表层生产力高的重要原因。同时推测冰期时低氧含量的底层水有利于有机物质的保存。频谱分析揭示,中上新世以来有机碳含量变化复杂,说明其变化除主要受到地球轨道周期变化的驱动外,还受到陆源物输入等其他因素的影响;而有机碳堆积速率和输出生产力主要受地球轨道周期变化的驱动。     

水合物脊ODP1247站位天然气水合物藏的甲烷来源和成藏过程模拟

海洋天然气水合物体系天然气水合物成藏受甲烷供给及埋藏的控制.根据海洋天然气水合物体系甲烷的质量守恒,建立了海洋环境沉积物孔隙水溶解甲烷对流和扩散作用及微生物原位产甲烷作用供给甲烷形成天然气水合物的数值模型,对水合物脊ODP1247站位天然气水合物成藏过程进行了模拟研究,结果表明该站位孔隙水溶解甲烷的对流和扩散作用是天然气水合物成藏过程中最主要的甲烷供给方式,微生物原位生成甲烷供给的比例很小,并且在1.67 Ma以来天然气水合物藏受沉积速率变化而动态变化,但幅度不大,至今形成的水合物饱和度约0~3%,与钻探确定的饱和度接近.     

测井技术的应用及其在科学钻探研究中的意义

测井技术是从上世纪20年代发展起来,60年代渐趋成熟,现已被广泛应用于油田、煤田等地质勘探工作中.上世纪开始的DSDP(深海钻探)、ODP(大洋钻探)I、CDP(国际大陆科学钻探计划)、KTB(德国的大陆科学钻探计划)等项目采用测井曲线研究古环境、古气候,确定地层性质等方面取得了进展,极大的拓展了地球物理测井在地质上的应用范围,使测井技术由油气、煤炭测井的地层分析上升到测井地质的成因研究,也渗透到提取古气候信息的领域上.我们在柴达木盆地盐湖科学钻探工程中也采用了测井技术,旨在通过与岩芯多指标对比分析,探索应用其指示意义测井技术在石油、盐类资源普查及古环境研究中.     

南海北部ODP 1148站沉积物特征及其来源

南海北部ODP 1148站沉积物中的黏土矿物、地球化学以及孢粉学数据反映了沉积物物源及其变化的信息。在23Ma之前,沉积物中黏土矿物以蒙脱石为主,平均含量可达80％,而且具较高的H。Nd／144Nd比值（平均值0．512095）,反映了1148站沉积物23Ma以前可能主要来源于华南陆缘中生代火成岩;而在23～15．5Ma,沉积物中蒙脱石含量（54．1％）明显降低,而且23Ma以后143 Nd／144 Nd值也大幅减小（平均值0．512002）,暗示了1148站物源区远离陆缘向陆内的扩展。ODP1148站23Ma前沉积物同华南陆缘火山岩的主、微量元素特征以及Nd同位素比值均具较好的对比性,说明ODP1148站物源与华南沿海地区存在密切联系,沉积物中渐新世孢粉组合以及古海洋学方面的研究结果也支持该结论。     

渐新世以来南海北部陆坡区沉积演化及其对构造的响应

通过对南海北部陆坡下部ODPl148站位沉积物中陆源矿物组分的含量、堆积速率、粒度、石英氧同位素及石英扫描电镜的分析,探讨南海沉积演化及其构造响应.结果显示,根据综合指标的变化特征可将南海海盆的沉积演化划分为5个阶段:扩张初期(34～28.5 Ma)、构造活动剧烈期(28.5～23 Ma)、构造活动减弱期(23～16....     

东太平洋水合物海岭BSR以上沉积物粒度变化与气体水合物分布

文中对国际大洋钻探204航次在太平洋水合物海岭8 个站位BSR深度以上气体水合物稳定带的沉积物进行了粒度分析和对比研究。结果表明,该稳定带内沉积物总体粒径变化特征为:粉砂质量分数在60%~75%之间,为气体水合物稳定带内沉积组分的主体组分。粘土质量分数一般小于35%,砂质量分数小于5%。该结果获得的粒径变化范围,与204 航次中沉积学研究所确定的粘土质粉砂、粉砂质粘土夹含砂质粉砂、含砂质粘土岩性特征一致。各站位沉积粒径变化和代表气体水合物存在的岩心红外照相IR异常低温记录之间的初步对比说明,气体水合物主要富集在沉积组分较粗,相当于粉砂或者砂级质量分数较高的粒度层。统计学的相关性研究结果定量地揭示了各个站位沉积物粒径变粗与气体水合物的存在有不同的相关关系。归纳起来发现,不同构造部位沉积物中气体水合物赋存层段的粒径范围不同。坡后盆地由于当地总体沉积物颗粒细,气体水合物赋存在极细粉砂粒级(8~26μm)的沉积物中。水合物海岭南峰顶部附近站位气体水合物主要赋存在粗粉砂和细砂(50~148μm)之间。